量子領域三位科學家獲諾獎！2025年諾貝爾物理學獎結果公布

瑞典皇家科學院于北京時間2025年10月7日宣布，將2025年諾貝爾物理學獎授予約翰·克拉克（John Clarke）、米歇爾·德沃雷（Michel H. Devoret）與約翰·馬丁尼斯（John M. Martinis），以表彰他們“在電路中實現宏觀量子隧穿與能級量子化（for the discovery of macroscopic quantum mechanical tunnelling and energy quantisation in an electric circuit）”的杰出貢獻。

這項工作奠定了現代超導量子電路（superconducting quantum circuits）的基礎，是量子計算與量子信息技術能夠在工程尺度上實現的關鍵一步。

在量子力學誕生的百余年里，人們習慣于在原子、電子或光子等微觀系統中觀測量子現象。而在更大尺度的體系中，如電路元件、機械振子或磁通環路，量子特性通常會被環境噪聲迅速“抹去”，導致系統表現為經典行為。

克拉克、德沃雷和馬丁尼斯三位科學家正是在“如何讓宏觀系統保持量子特性”這一核心問題上實現了里程碑式的突破。他們的研究基于超導約瑟夫森結（Josephson junction），即在兩塊超導體之間夾入一層極薄的絕緣層，使超導電子對（庫珀對）能夠以量子隧穿的形式穿過勢壘，從而形成量子相位變量。

通過精密設計與極低溫實驗（接近絕對零度），他們首次在宏觀電路中直接觀測到了：

? 宏觀量子隧穿（Macroscopic Quantum Tunnelling）：整個電路的相位或電流狀態能夠“穿越”經典勢壘，從一個穩定態量子隧穿到另一個穩定態，表明量子疊加與隧穿并非僅屬于微觀世界。[1]

? 能級量子化（Energy Level Quantisation）：當電路的“相位粒子”在勢阱中振蕩時，所具有的能量不是連續的，而是離散的量子能級結構，與原子中電子能級類似。[2]

這些成果不僅證明了量子力學適用于宏觀體系，也為人類提供了一種可工程化的“人造原子”平臺，使量子態的設計、操控和測量成為可能。他們的研究為后續的超導量子比特（superconducting qubit）奠定了堅實的物理基礎。如今，被廣泛使用的transmon、flux qubit、phase qubit等架構，均可追溯至他們關于能級量子化與宏觀隧穿的原始實驗思想。

2025年的諾貝爾物理學，不僅是對這三位科學家個人貢獻的肯定，更是對量子工程時代的禮贊。從他們的工作出發，量子力學從實驗室的微觀觀測走向了可控、可擴展的宏觀裝置，推動了包括量子計算、量子傳感與量子通信在內的整個量子科技產業。

參考文獻

[1] Devoret, M. H., Martinis, J. M., & Clarke, J. (1985). Measurements of macroscopic quantum tunneling out of the zero-voltage state of a current-biased Josephson junction. Physical review letters, 55(18), 1908.

[2] Martinis, J. M., Devoret, M. H., & Clarke, J. (1985). Energy-level quantization in the zero-voltage state of a current-biased Josephson junction. Physical review letters, 55(15), 1543.